激光模式

He-Ne 激光器模式分析引言一 实验目的1.了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。

2.对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。

3.用共焦球面扫描干涉仪测量Ne He-激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；4.观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。

二 实验原理单色性好是激光的特点之一,即它可以具有非常窄的谱线宽度,这样窄的谱线,并不是从能级受激辐射就自然形成的.而是受激辐射后又经过谐振等多种机制的作用和相互干涉,最后形成了一个或多个离散,稳定又很精细的谱线.这些谱线就是激光器的模。

每个模对应一种稳定的电磁场分布，即具有一定的光频率。

而相邻两个模的光频率相差很小，用分辨率比较高的分光仪器可以观察到每个模。

当从与光输出的方向平行（纵向）和垂直（横向）两个不同的角度去观测和分析每个模时。

又发现它们分别具有许多不同的特征，为便于称呼每个模又可以相应叫做纵模和横模。

1.激光器模的形成激光器的三个基本组成部分是增益介质，谐振腔，激励能量。

如果用某种激励方式,将介质的某一对能级间形成粒子数反转分布,由发辐射和受激辐射的作用,将有一定频率和光波产生,有腔内传播,并被增益介质逐渐增强放大.被传播的光绝不是单一频率的。

因能级有一定宽度，粒子在谐振腔内运动双受多种因素的影响，实际激光器输出的光谱宽度是：自然增宽，碰撞增宽和多普勒增宽叠加而成。

不同类型的激光器工作条件不同，以上诸影响有主次之分。

只有频率落在展宽范围内的光在介质中传播时，光强将获得不同程度的放大，但只有单程放大，还不足以产生激光，还需要有谐振腔对它进行光学反馈，使光在多次往返传播中形成稳定持续的振荡。

才有激光输出的可能。

而形成持续排振荡的条件是，光在谐振腔中往返一周的波程差应是波长的整数倍，即：qq L λμ=2其中μ是折射率，L 是腔长，q 是正整数。

首先说纵模。

我们知道，受激辐射也不是绝对的单一波长，而是有一个很窄的频宽的（虽然电子的能级是一个定值，但因为热运动等各种原因，能级会展宽）。

当激光器工作物质被激发，发出受激辐射光的时候，在这个频宽范围内的各种波长的光子都有，其数量是以中心频率为对称轴的正态分布。

这些所有波长的光子都试图在谐振腔中得到谐振从而成为优势波长。

如果谐振腔足够短，它仅仅是这所有波长中某一特定波长的整数倍，那么就只有这一特定波长的光子得以谐振成为优势波长，激光器会输出真正的单色光，这就是单纵模。

但实际的谐振腔通常都比较长，在受激辐射的波长范围内，它可能同时是好几个波长的整数倍，因此会有好几种波长都得到谐振，这样的激光器就会输出好几种波长的光（由于受激辐射带宽本身很窄，所以这几个波长也非常接近），这就是多纵模。

总的来说，纵模越多，单色性、相干性越差。

谐振腔越短，纵模越少，因此在要求高单色性的时候，应尽量减小谐振腔长度。

其次说横模。

如果激光器的谐振腔两反射面及工作物质端面都是理想平面，就不会有除了基模以外的其它横模输出。

这种情况下只有一个以工作物质直径为直径的基模输出。

因为此时只有基模状态下的光才能形成多次反射谐振的条件。

但是事实上反射面和端面都不可能是理想平面，尤其是在固体激光器中，工作物质受热发生凸透镜效应，导致腔内经过工作物质、与基模方向略有差异的某些光也可能符合多次反射的谐振条件，于是激光器会输出几个方向各不相同的光束。

（这个方向差异通常非常小）多横模损害了激光器输出的良好方向性，对聚焦非常不利，因此在需要完美聚焦的情况下，应当尽量减少横模。

减少横模的主要途径有：1、改善谐振腔反射镜与工作物质端面所形成的光路的等效平面性，如果产生了凸透镜效应则要想办法补偿；2、减小谐振腔和工作物质直径。

激光光斑分布形状与模式的关系1. 引言激光（Laser）是指产生出来的光具有高亮度、高单色性、高方向性和高准直性的光源。

在激光器中，激光光斑的分布形状和模式对于激光器的性能和应用具有重要影响。

本文将从激光光斑、激光模式以及两者之间的关系进行探讨。

2. 激光光斑的分布形状激光光斑的分布形状通常可以描述为一个二维高斯分布。

高斯分布在激光器中非常常见，它具有中心亮度最高，向四周逐渐减弱的特点。

激光光斑的大小和形状与激光器的设计参数、激光器结构以及输出光的波长等因素有关。

在理想情况下，激光光斑的分布形状为圆形。

然而，在实际应用中，激光光斑的形状可能会受到多种因素的影响而发生改变。

例如，激光器的畸变、非线性效应、热效应等都会导致激光光斑的形状出现畸变。

此外，激光器在不同工作模式下，激光光斑的形状也可能发生变化。

3. 激光模式激光模式是指激光器中各种可能的激光场分布形式。

根据激光器中电磁场的分布情况，可以将激光模式分为基本模式和高次模式。

3.1 基本模式基本模式是指激光器中最具代表性的模式，通常包括基本模式TEM00，以及其他具有高亮度和高单色性的单模激光模式。

基本模式的光斑分布形状通常为高斯分布，在理论上可以用数学方程进行描述。

TEM00模式是激光器中最基本的模式，其光斑分布形状为高斯分布，光斑大小与激光光斑的腰半径有关。

TEM00模式在激光器应用中非常重要，因为它具有最小的波前畸变和最佳的光束质量。

3.2 高次模式除了基本模式之外，激光器中还存在大量的高次模式。

高次模式是指在激光器中存在不止一个光斑分布形状，相互之间存在不同的强度和相位关系。

高次模式的光斑分布形状通常比基本模式更为复杂。

这些模式在激光器中会受到多种因素的影响，如激光器的结构、折射率分布、光学器件的畸变等。

4. 激光光斑分布形状与模式的关系激光光斑的分布形状与激光模式之间存在一定的关系。

光斑分布形状是激光模式的体现，不同的激光模式对应着不同的光斑分布形状。

激光切割精细加工参数激光切割是一种常见的精细加工技术，可以用于切割各种材料，如金属、塑料、木材等。

激光切割精细加工参数对于加工效果和质量起着重要的作用。

本文将从激光功率、激光频率、激光模式、切割速度等方面，详细介绍激光切割的精细加工参数。

一、激光功率激光功率是激光切割的关键参数之一。

它决定了激光束的能量强度，越高的功率可以使激光束的切割能力更强。

一般来说，金属材料需要较高的激光功率才能有效切割，而对于脆性材料如玻璃或陶瓷，则需要较低的激光功率，以免材料受到过度烧蚀。

二、激光频率激光频率是指激光脉冲的重复频率。

不同材料对激光频率的要求也不同。

对于某些材料，如金属，较高的激光频率可以提高切割速度和精度；而对于其他材料，如塑料，较低的激光频率可以避免材料熔化和变形。

三、激光模式激光模式是指激光束的形状和能量分布。

常见的激光模式包括高斯模式和顶帽模式。

高斯模式激光束的能量分布呈钟形曲线，适用于对切割质量要求较高的细微加工；而顶帽模式激光束的能量分布较为均匀，适用于对切割速度要求较高的加工。

四、切割速度切割速度是指激光束在单位时间内切割的长度。

切割速度的选择要根据材料的物理和化学性质以及加工要求来确定。

过高的切割速度可能导致切割面粗糙，而过低的切割速度则会延长加工时间。

五、焦距焦距是指激光束从激光器出射到工件表面的距离。

焦距的选择对激光切割的质量和效率有着重要影响。

较小的焦距可以使激光束的能量密度更高，适用于对切割深度要求较高的加工；而较大的焦距可以使激光束的能量分布更均匀，适用于对切割面质量要求较高的加工。

六、辅助气体辅助气体是激光切割过程中不可或缺的一部分。

常用的辅助气体包括氮气、氧气和惰性气体。

辅助气体的选择要根据材料的性质和加工要求来确定。

氮气适用于切割不锈钢和铝合金等材料，氧气适用于切割碳钢等材料，而惰性气体则常用于避免材料氧化。

激光切割精细加工参数对于激光切割的质量和效率起着重要的作用。

正确选择和调整这些参数可以实现对不同材料的高质量切割。

激光的模式
激光器模式有横模和纵模之分，两者本质不同！
1、纵模：纵模是指在激光器谐振腔没所形成的稳定驻波形式！在同⼀个谐振腔内会存在很多驻波形式，因为满⾜腔内的相位匹配条件的有很多，只要满⾜这个条件就可以形成稳定的驻波(这⾥忽略了振幅条件，我们假设激光器有源区的增益谱很宽)，⼀个驻波形式就对应⼀个纵模！理解纵模，题主可将它与激光波长联系，你可以简单的理解为⼀个波长对应了⼀个激光器纵模模式。

2、横模：横模指的是激光的场(包括电场和磁场)在垂直于激光传播⽅向上的横截⾯上的分布，简单的理解为场在这个⾯上是什么样⼦！⽐如说基模，它在横截⾯上的分布就是⼀个光斑，⾼阶模在横截⾯上有多个光斑！注意，当横截⾯上看到⼀个光斑，即基模，它不⼀定是单纵模！
3、单模和多模：我这⾥就默认题主说的是纵模，因为我们平常所说的单模多模都指纵模，⽽横模都说基模和⾼阶模！如果按照我前⾯说的将激光器波长与纵模联系起来，单模和多模的区别就很明显了！单模就是激光器输出只有⼀个波长的光，多模的话，激光器的输出光中就包含了多个波长！。

点阵激光点阵模式和脉冲模式激光是一种高能光束，具有高亮度、高单色性和高直线度等特点，被广泛应用于各个领域。

其中，激光点阵模式和脉冲模式是激光技术中常见的两种工作模式。

本文将详细介绍这两种模式的特点及应用。

一、点阵激光模式点阵激光模式是指激光束经过光学系统后，被分为多个小点，形成一个规则的点阵图案。

这种模式下，每个小点的能量分布均匀，密度相等，且点与点之间的间距相等。

点阵激光模式通常由光学系统中的点阵器件（如二维光栅）实现，通过调节点阵器件的参数，可以改变点阵的形状、大小和间距等。

点阵激光模式具有以下特点：1. 高亮度：由于点阵激光模式中每个小点的能量均匀分布，因此整个点阵图案的亮度较高，适用于一些需要高亮度激光的应用领域。

2. 高分辨率：点阵激光模式中的每个小点都可以看作是一个独立的像素点，因此可以实现较高的图像分辨率，适用于一些需要高精度图像的应用领域。

3. 多样化的图案：通过调节点阵器件的参数，可以实现不同形状、大小、间距的点阵图案，如正方形、圆形、菱形等，从而满足不同应用场景的需求。

点阵激光模式在许多领域得到了广泛应用，例如：1. 激光投影仪：点阵激光模式可以实现高分辨率、高亮度的图像投影，提供更清晰、更鲜艳的影像效果。

2. 激光显示器：点阵激光模式可以实现高分辨率、高对比度的显示效果，提供更细腻、更真实的图像显示。

3. 激光打标机：点阵激光模式可以实现高精度、高速度的标记，适用于一些需要精细标记的应用场景，如电子元件标记、塑料制品标记等。

二、脉冲激光模式脉冲激光模式是指激光器输出的激光光束以脉冲的形式工作。

脉冲激光模式通常由激光器内部的调制器实现，通过调节调制器的参数，可以控制脉冲的宽度、重复频率等。

脉冲激光模式具有以下特点：1. 高能量：脉冲激光模式下，激光器在每个脉冲周期内输出的能量较高，适用于一些需要高能量激光的应用领域。

2. 高峰值功率：脉冲激光模式下，激光器在每个脉冲周期内输出的峰值功率较高，适用于一些需要高峰值功率激光的应用领域。